多功能智能信息化超声理疗仪的制作方法

本实用新型涉及一种多功能智能信息化超声理疗仪，超声理疗仪按电击防护分类属II类BF型的电子设备,非AP/APG型设备，非电离辐射，为便携式结构。

背景技术：

超声理疗是应用安全剂量的超声能量作用于人体，并产生刺激，改善机体的功能以达到治疗疾病为目的的一种无损伤的治疗方法。超声理疗设备所使用的超声波生物物理特性主要有机械效应、热效应和空化效应。

1)机械效应

超声波的机械振动、压力变化，可以看成对细胞的物质及细胞结构的按摩作用，可以改变细胞膜的通透性，使通透性增强，弥散过程加速，从而影响细胞的物质代谢过程，加速代谢产物的排出，改善细胞缺血、缺氧状态，改善组织的营养，提高细胞组织的再生能力。

2)热效应

超声波在人体中传播时，其振动能量不断的被组织吸收转变成热能，从而使组织局部血管扩张血流加快，代谢旺盛，肌肉张力下降，疼痛减轻，结缔组织的延展性增加，能起到良好的理疗作用。

3)空化效应

超声波在生物体内传播时,使体液中的空化核逐渐成长，形成肉眼可见的气泡，气泡随超声频率发生周期性的振荡，表面附近产生非常高的切变应力,使气泡变形甚至崩溃,在崩溃的瞬间可产生高温、高压、发光及冲击波，可导致邻近的细胞或生物大分子产生一定的生物、化学效应。

现有的超声理疗仪类的产品功能单一，普遍只有一种频率：3MHz。并且也没有脉冲波。只用于减轻疼痛、肌肉痉挛，增加局部血液循环，不能加速骨折，用于受到限制，使用效果不理想。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种多功能智能信息化超声理疗仪，除了克服了现有技术的缺陷以外，还是一种可实现多种功能：减轻疼痛、减轻肌肉痉挛、加速骨折愈合的仪器。

本实用新型的技术方案是：

一种多功能智能信息化超声理疗仪，其特征是包括主机以及与主机连接的一个或多个治疗头，所述主机包括锂电池、高频电功率发生器、主机单片机及其控制电路；治疗头用于将高频电能转化成超声声能的超声换能器，治疗头包括与主机锂电池连接的高精度低压差线性稳压器，高精度低压差线性稳压器的电压输出端分别连接振荡电路、DC-DC升压电路、测温电路和治疗头单片机，振荡电路和DC-DC升压电路分别连接驱动电路的震荡频率输入端和电压输入端，驱动电路的输出端依次连接有LC谐振电路和压电晶片，测温电路的信号输出端连接治疗头单片机，治疗头单片机的控制信号输出端分别连接脉冲频率切换模块和治疗头LED指示灯。

所述治疗头的超声频率有三种频率可选，分别为：1MHz，1.5MHz，3MHz；其中1.5MHz频率的波形为脉冲波，有两种脉冲频率范围可选，分别为 80Hz-120Hz和800Hz-1.2KHz。

所述主机通过单片机控制定时、灯光、按键功能。

所述主机单片机的控制信号端连接无线充电模块、蓝牙模块、指纹识别模块、语音识别功能、WIFI无线数据传输接收模块、GPRS无线数据传输接收模块或液晶触控显示屏的一种或两种以上任意组合。

所述治疗头还包括与主机锂电池连接的红外发生模块和/或机械振动模块。

所述锂电池连接无线充电模块或有线充电器。

所述多功能智能信息化超声理疗仪用于减轻疼痛、肌肉痉挛、增加局部血液循环以及加速骨折愈合。

所述多功能智能信息化超声理疗仪的主机的壳体结构包括电源按钮1、显示面板2、主机上盖3、电路板4、滑动开关5、电池6、主机下盖7、频率切换按钮8和时间设定按钮9，主机上盖3和主机下盖7上下密封扣合，采用超声波焊接密合，电路板4和电池6设置在主机内，主机上盖3上设有电源按钮1和显示面板2，主机壳体一侧设有滑动开关5，另一侧设有频率切换按钮8和时间设定按钮9，显示面板2上设有时间和电量显示。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的多功能智能信息化超声理疗仪可用于减轻疼痛、肌肉痉挛，增加局部血液循环，可以加速骨折愈合，对于新鲜骨折，骨折延迟愈合，骨不连等效果显著。且该治疗头输出的是脉冲波，有两种脉冲频率范围：80Hz-120Hz 和800Hz-1.2KHz。研究表明，连续波仅在治疗疼痛方面有效，对于骨折愈合脉冲波效果更为显著。

本实用新型含有无线充电模块，用户无需手动插拔医用电源充电，只要将主机放置在无线充电座上便可实现无线充电，简单便捷。采用TI公司的以下芯片组成一个具有电量监测计的500mA无线充电器：

本实用新型含有无线数据上传功能(WIFI或GPRS传输)，可以通过WIFI 或GPRS方式将用户使用情况传输到服务器终端，供厂家分析数据，以便更好地改进功能。

本实用新型含有显示屏，将频率、定时时间、运行状态等显示在显示屏上，方便用户观察。

本实用新型的治疗头防水等级为IPX7，采用超声焊接的方式将治疗头外壳完全密封，使得治疗头防水等级为IPX7，可以防止耦合剂等液体浸入电路内部。

本实用新型预设治疗模式第一次使用可以预设治疗模式并保存，下次使用可以直接选择预设模式，无需重新选择。

本实用新型治疗头温度过高时震动报警，治疗过程中温度过高产生震动，提醒用户出现异常，需要添加耦合剂或者充电。

本实用新型多个治疗头同时治疗，可以连接多个治疗头同时治疗，节省治疗时间。

本实用新型便携性能好，方便运动时或其他特殊情况下可以随身携带进行治疗。

本实用新型含有指纹识别模块，具有指纹识别开机功能，可以自动选择用户的常规治疗模式，并且可以防止儿童或他人误开机。

附图说明

图1中的关键电路由三部分组成，分别为振荡电路，驱动电路和LC谐振电路。

图2是本实用新型的DC-DC升压电路图。

图3是本实用新型的振荡电路图。

图4是本实用新型的脉冲频率切换电路实现方式之一的电路图。

图5是图4的电路图的充电时间(脉冲宽度)示意图。

图6是本实用新型的脉冲频率切换电路实现方式之二的电路图。

图7是图6的电路图的周期、占空比的示意图。

图8是本实用新型的无线充电模块的电路图。

图9是本实用新型的蓝牙模块的电路图。

图10是本实用新型的语音识别电路框图。

图11是本实用新型的一款主机的壳体结构示意图。

图12是本实用新型的另一款主机的壳体结构示意图。

图13是本实用新型的主机的壳体结构的立体分解示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述：

如图1至图10，图1中的关键电路由三部分组成，分别为振荡电路，驱动电路和LC谐振电路。

振荡电路主要由振荡芯片构成，可以产生的波形频率范围为40KHz—4MHz。

驱动电路由两片超高电流引脚驱动芯片并联组成，具有超强的驱动能力。

LC振荡电路由电感和电容组成，可以过滤不相干的波形，使输出波形稳定于需要的频率。

三个电路组合起来就可以驱动治疗头的压电晶片，将产品作用于人体相关区域，便可起到理疗的效果。

图2是本实用新型的DC-DC升压电路图。

通过调整R8、R9的电阻值可以实现不同电压的输出，调节电位器R8可以实现电压3.7V～12V的微调。

图3是本实用新型的振荡电路图。

通过调整R2、R3的电阻值可以实现不同频率的输出，调节电位器R3可以实现频率40KHz～4MHz的微调。

图4是本实用新型的脉冲频率切换电路实现方式之一的电路图。

图5是图4的电路图的充电时间(脉冲宽度)示意图。

图4中，通过芯片NE555实现脉宽和频率的调节，从图中可以看出，把充、放电通路利用二极管的单向导电性引导，并使充、放电的路径分开，使定时电容有不同的充、放电通路。充电是通过RA、D1和C2，放电是通过RB和D2到放电端。由于RA和RB可以单独调节，便构成了脉冲宽度、频率都可调的矩形波发生器。电源接通时，由于定时电容C2上的电压不能突变，触发端的起始电平为低电平，输出端呈高电平，RA、D1对C2充电，充电时间(脉冲宽度)如图所示。 t1＝0.693·RA·C2。当C2上的电压充电到阈值电平·VCC时，输出端为低电平，此时C2通过D2、RB和555时基电路内部放电管放电，放电时间t2＝0.693·RB·C2。脉冲宽度取决于RA和RB的相对值，由图可以看出，当RB减小时，RA增加，而当RB增加时，RA减小，所以脉冲宽度是可变的。脉冲频率是t1+t2的倒数，即f＝。调节RA可改变脉冲宽度，而不改变脉冲频率，调节RB可改变脉冲频率，而脉冲宽度不会发生很大的改变。在设计时，应使RA值比RB值的最小值还要小，为防止内部放电管过载，RA应不小于1KΩ。定时C2最小值应大于阈值端和放电端的寄生分布电容，通常为100pF，以确保定时值的稳定性。

图6是本实用新型的脉冲频率切换电路实现方式之二的电路图

图7是图6的电路图的周期、占空比的示意图。

图6中，通过单片机实现脉宽和频率的调节，下图是PIC12F1822单片机的 CCP1PWM输出信号图以及PWM简化框图，周期、占空比和分辨率由以下寄存器控制：PR2寄存器、T2CON寄存器、CCPR1L寄存器、CCP1CON寄存器。

清零定时器，翻转CCP1应交的电平并锁存占空比，8位定时器TMR2寄存器与2位内部系统时钟(Fosc)或预分频器的2位一起构成10位时基，在PWM模式下，CCPR1H是只读寄存器。

本实用新型的主机PCB电路板采用4层结构，PCB多层板与单面板、双面板最大的优势就是增加了内部电源层(保持内电层)和接地层，电源和地线网络主要在电源层上布线。但是，多层板布线主要还是以顶层和底层为主，以中间布线层为辅。因此，多层板的设计与双面板的设计方法基本相同，其关键在于如何优化内电层的布线，使电路板的布线更合理，电磁兼容性更好。

四层板是最简单的一种多层板，与双层板相比，它对电路板的电磁兼容起到了很大的改善。在四层板中，中间层用作电源层和地层，这样的做的好处有以下几个方面：

(1)电源线和地线的电感量大大减小，从而降低了电源线和地线的噪声电压。

L＝0.2S[ln(4.5/d)-1](uH)

S—导线长度，d—导线直径，L—导线的电感量；

从上式中可以看出，导线的宽度可以影响电感(但在这里导线宽度对电感量的影响不是很大，宽度增加一倍，电感仅减小20％，在布线的时候，导线的宽度受限制)，在四层板中，电源线和地线做为一个平面，所以电感量会大大降低。从这个公式也能看出，在高频的情况下，导线的距离要尽可能的短，因为电感量和长度成线性比例关系。

(2)电源层和地层形成较大的分布电容，为电源提供了很好的高频解耦作用，从而减小了电源线上的噪声。

分布电容的计算公式：(平行板电容器)

C＝εS/4πkd

ε—为电介质常量，S—为电容极板的面积，K—为静电力常量，d—为极板间的距离，

为了得到更好的解耦效果，可以在电源层和地层之间使用介电常数高的绝缘介质。

(3)独立的电、地层可以使所有的信号环路面积最小。

电源环天线在远场区(D>λ/2π)的辐射特性：

H＝Π*I*A/λ*λ*D(A/m)

E＝Z0*π*I*A/λ*λ*D(V/m)

H—电流环辐射的磁场，E—电流环辐射的磁场，I—环路电流，A—环路面积，λ—电流频率对应的波长，D—观测点到电流环的距离，Z0—自由空间的特征阻抗。

从上式可以看出，在远场区，电场、磁场的辐射强度都随频率的平方增加，脉冲信号中包含了大量的高频成分，辐射效率很高，减小环路面积可以有效使H、 E减小。

本实用新型的治疗头的输出频率有三种频率可选，分别为：1MHz，1.5MHz， 3MHz。治疗头可分为三种不同规格的治疗头，型号分别为：ZLT-1，ZLT-1.5，ZLT-3,分别代表的输出频率为1MHz，1.5MHz，3MHz。例如ZLT-1型治疗头，内部的电路由DC-DC升压电路、振荡电路、驱动器、压电晶片、单片机、测温电路等一系列电路模块组成，由主机供电，经过DC-DC升压电路调幅，振荡电路固定输出1MHz方波，经过两片驱动芯片并联驱动压电晶片，压电晶片经过驱动便可固定输出1MHz的超声波用于治疗。另外电路包含测温功能，测温芯片的信号传递给单片机，单片机控制LED灯的状态，从而通知用户温度情况。 ZLT-1.5和ZLT-3治疗头同理。

其中治疗头1.5MHz频率的波形为脉冲波，有两种脉冲频率范围可选，分别为80Hz-120Hz和800Hz-1.2KHz。型号为ZLT-1.5的治疗头输出脉冲波，通过主机上的“MODE”按钮可以切换两种脉冲频率范围：80Hz-120Hz和 800Hz-1.2KHz，脉冲波频率通过治疗头内部的单片机进行控制，通过外部按钮进行切换和微调。ZLT-1.5治疗头主要用于加速骨折愈合，对于新鲜骨折，骨折延迟愈合，骨不连等效果显著。研究表明，连续波仅在治疗疼痛方面有效，对于骨折愈合效果不如脉冲波。

现有的产品只用于减轻疼痛、肌肉痉挛，增加局部血液循环，不能加速骨折愈合。而本实用新型可用于减轻疼痛、肌肉痉挛，增加局部血液循环，可以加速骨折愈合。例如ZLT-1.5治疗头输出频率为1.5MHz的超声波，主要用于加速骨折愈合，对于新鲜骨折，骨折延迟愈合，骨不连等效果显著。且该治疗头输出的是脉冲波，有两种脉冲频率范围：80Hz-120Hz和800Hz-1.2KHz。研究表明，连续波仅在治疗疼痛方面有效，对于骨折愈合脉冲波效果更为显著。

本实用新型通过单片机控制定时、灯光、按键功能。单片机较逻辑芯片的优势：

1、主流单片机包括CPU、4KB容量的RAM、128KB容量的ROM、2个16位定时/计数器、4个8位并行口、全双工串口行口、ADC/DAC、SPI、I2C、ISP、 IAP；2、系统结构简单，使用方便，实现模块化；3、单片机可靠性高，可工作到10^6～10^7小时无故障；4、处理功能强，速度快；5、低电压，低功耗，便于生产便携式产品；6、控制功能强；7、环境适应能力强。

电路框图如图8所示。本实用新型含有无线充电模块，用户无需手动插拔医用电源充电，只要将主机放置在无线充电座上便可实现无线充电，简单便捷。采用TI公司的以下芯片组成一个具有电量监测计的500mA无线充电器：

2、离子/锂聚合物高级单节电池保护器IC系列：BQ29707DSER；

3、符合Qi(WPC)标准的高度集成的次级侧直充式锂离子充电器： BQ51050BRHL；

4、具有集成感应电阻的系统端TM电量监测计：BQ27421YZFR-G1A；

5、具有可调节输入电流限制的3.5MHz、1.5A、92％高效升压转换器： TPS61252DSG；

6、小型单电感器降压/升压转换器：TPS63051YFF。

如图9所示，本实用新型的蓝牙模块采用TI公司的CC254x系列蓝牙芯片，用户可以通过手机蓝牙功能连接超声理疗仪，理疗仪会将治疗时间、温度、频率等相关信息传送到手机供用户参考。

以CC2541为例的电路图设计如下：

CC2541是一款针对Bluetooth低能耗以及私有2.4GHz应用的功率优化的真正片载系统(SoC)解决方案。它使得使用低总体物料清单成本建立强健网络节点成为可能。CC2541将领先RF收发器的出色性能和一个业界标准的增强型8051 MCU、系统内可编程闪存存储器、8KB RAM和很多其它功能强大的特性和外设组合在一起。CC2541非常适合应用于需要超低能耗的系统。这由多种不同的运行模式指定。运行模式间较短的转换时间进一步使低能耗变为可能。

如图10，用户可以通过语音控制理疗仪的开机、关机、定时时间等。语音识别电路采用TI公司的采用Power TuneTM技术的超低功耗立体声音频编解器 TLV320AIC3204、定点DSP芯片TMS320C5535、定点数字信号处理器TMS320C5545。

本实用新型含有无线数据上传功能(WIFI或GPRS传输)，可以通过WIFI或 GPRS方式将用户使用情况传输到服务器终端，供厂家分析数据，以便更好地改进功能。

如图11至图13，本发明的两款主机实施例分别如图11和图12所示，本发明的主机壳体结构包括电源按钮1、显示面板2、主机上盖3、电路板4、滑动开关5、电池6、主机下盖7、频率切换按钮8和时间设定按钮9，主机上盖3 和主机下盖7上下密封扣合，采用超声波焊接密合或卡扣连接或螺钉连接，电路板4和电池6设置在主机内，主机上盖3上设有电源按钮1和显示面板2，主机壳体一侧设有滑动开关5，另一侧设有频率切换按钮8和时间设定按钮9。显示面板2上设有时间和电量显示。

本实用新型含有显示屏，将频率、定时时间、运行状态等显示在显示屏上，方便用户观察。

本实用新型的治疗头防水等级为IPX7，采用超声焊接的方式将治疗头外壳完全密封，使得治疗头防水等级为IPX7，可以防止耦合剂等液体浸入电路内部。

本实用新型预设治疗模式第一次使用可以预设治疗模式并保存，下次使用可以直接选择预设模式，无需重新选择。

本实用新型治疗头温度过高时震动报警，治疗过程中温度过高产生震动，提醒用户出现异常，需要添加耦合剂或者充电。

本实用新型多个治疗头同时治疗，可以连接多个治疗头同时治疗，节省治疗时间。

本实用新型便携性能好，方便运动时或其他特殊情况下可以随身携带进行治疗。

本实用新型含有指纹识别模块，具有指纹识别开机功能，可以自动选择用户的常规治疗模式，并且可以防止儿童或他人误开机。

上面所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计构思前提下，本领域中普通工程技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入本实用新型的保护范围，本实用新型请求保护的技术内容已经全部记载在权利要求书中。